(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化が膜面に対して略垂直でかつ可変の第１強磁性層と、  磁化が膜面に対して略垂直でかつ不変の第２強磁性層と、  前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に設けられる第１非磁性層と、  前記第２強磁性層に対して前記第１非磁性層と反対側に設けられ、膜面に略平行な磁化を有し、スピン偏極された電子が注入されることによりマイクロ波磁界を発生する第３強磁性層と、  前記第２強磁性層と前記第３強磁性層との間に設けられる第２非磁性層と、  を備え、  前記第３強磁性層から前記第２強磁性層を介して前記第１強磁性層に向かう方向および前記第１強磁性層から前記第２強磁性層を介して前記第３強磁性層に向かう方向のうちの一方の方向に第１電流を流すことにより前記第３強磁性層から発生する前記マイクロ波磁界によって前記第１強磁性層の磁化が反転可能であり、  前記一方の方向に前記第１電流と異なる電流密度を有する第２電流を流し前記第２強磁性層によってスピン偏極された電子によって前記第１強磁性層の磁化が、前記第１電流を流した場合と異なる方向に反転可能であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第３強磁性層は、磁化の方向が互いに膜面に略平行な第１および第２強磁性膜と、前記第１および第２強磁性膜との間に設けられた第３非磁性層とを備えた積層構造を有し、前記第１および第２強磁性膜は、前記第３非磁性層を間に挟んで反強磁性結合していることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１強磁性層に対して前記第１非磁性層と反対側か、または前記第３強磁性層に対して前記第２非磁性層と反対側に、第３非磁性層を介して、前記第２強磁性層の磁化の方向と逆の方向の磁化を有する第４強磁性層が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第１非磁性層が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、またはＨｆのいずれかの元素を含む酸化物であることを特徴とする請求項１乃至３記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第２非磁性層は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｒｕ、またはＡｇのいずれかの元素を含む金属であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記第１強磁性層は、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つの元素と、を含むＬ１０型結晶構造を有する磁性体か、または
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つの元素とを含む六方晶型結晶構造を有する磁性体
のいずれかを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記第１強磁性層は、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つの元素と、を含むＬ１０型結晶構造を有する磁性体と、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎのうち少なくとも１つの元素を含む合金と
を含む積層構造を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記第１強磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つの元素とを含む六方晶型結晶構造を有する磁性体と、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎのうち少なくとも１つの元素を含む合金と
を含む積層構造を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記マイクロ波磁界の周波数は、前記第１強磁性層の共鳴周波数を含む所定の範囲内にあることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の前記第１強磁性層に第１電極を介して電気的に接続される第１配線と、
前記磁気抵抗効果素子の前記第３強磁性層に第２電極を介して電気的に接続される第２配線と、
を備えていることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１１】
前記第１電極と前記第１配線との間かまたは前記第２電極と前記第２配線との間に設けられた選択トランジスタを更に備えていることを特徴とする請求項１０記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１２】
前記第１電極と前記第１配線との間かまたは前記第２電極と前記第２配線との間に設けられた整流素子を更に備えていることを特徴とする請求項１０記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子及び磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々のタイプの固体磁気メモリが提案されている。近年では、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive）効果を示す磁気抵抗効果素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）が提案されており、特に、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto Resistive）効果を示す強磁性トンネル接合を用いた磁気ランダムアクセスメモリに注目が集まっている。
【０００３】
強磁性トンネル接合のＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子は、主に、第１の強磁性層／絶縁層／第２の強磁性層の３層膜で構成されている。そして、読み出し時に、絶縁層をトンネルして電流が流れる。この場合、強磁性トンネル接合の抵抗値は、第１及び第２の強磁性層の磁化の相対角の余弦に応じて変化する。例えば、強磁性トンネル接合の抵抗値は、第１及び第２の強磁性層の磁化の向きが平行（同じ向き）のときに極小値、反平行（逆の向き）のときに極大値をとる。これを、上述するＴＭＲ効果と呼ぶ。このＴＭＲ効果による抵抗値の変化は、室温において３００％を超える場合もある。
【０００４】
強磁性トンネル接合のＭＴＪ素子をメモリセルとして含む磁気メモリ装置においては、少なくとも１つの強磁性層を基準層とみなして、その磁化方向を固定し、他の強磁性層を記録層とする。このセルにおいて、基準層と記録層の磁化の配置が平行状態又は反平行状態に対し２進情報の“０”又は“１”を対応づけることで情報が記憶される。なお、基準層と記録層の磁化の配置が平行状態又は反平行状態に対し“１”又は“０”に対応づけてもよい。従来、記録情報の書き込みは、このセルに対し別に設けた書き込み配線に電流を流して発生する磁場により記録層の磁化を反転させる方式（以下、電流磁場書き込み方式という。）が取られていた。しかしながら、電流磁場書き込み方式では、メモリセルが微細化されるに伴い、書き込みに必要な電流が増加し、大容量化が困難となる問題点があった。
【０００５】
近年、電流磁場書き込み方式に変わる、磁性体の反転方式として、ＭＴＪ素子に直接通電することにより、基準層から注入されるスピントルクにより記録層の磁化を反転させる方式（以下スピントルク書き込み方式という。）が提案された（例えば、特許文献１参照）。スピントルク書き込み方式は、メモリセルが微細化されるほど、書き込みに必要な電流が減少し、大容量化が容易である特徴を持つ。メモリセルからの情報読み出しは、強磁性トンネル接合に電流を流し、ＴＭＲ効果による抵抗変化を検出することで行われる。
【０００６】
このようなメモリセルを多数配置することで磁気メモリが構成される。実際の構成については、任意のセルを選択できるように、例えばＤＲＡＭと同様に各メモリセルに対しスイッチングトランジスタを配置し、周辺回路を組み込んで構成される。スピントルク書き込み方式は、上述したように情報書き込みに必要な電流を低減することに適しているが、磁化を反転させるためには、双方向に流れる電流が必要であり、駆動に必要な周辺回路数が増える問題点がある。
【０００７】
実際に大容量メモリを実現するには、メモリセル部分以外の周辺回路面積も削減する必要があるためである。この問題点を解決する方法として、一方向に電流を流し、電流の大小およびパルス幅を変化させることで、それぞれの条件化でのスピントルク書き込み電流の違いを利用して情報“０”、“１”にそれぞれ対応する方向への磁化反転を起こす方式が提案されている。（例えば、特許文献２、３を参照）これらの技術を用いる場合にはパルス幅を変化させることが磁化反転方向の決定に必要なパラメータである。
【０００８】
したがって、誤書き込みのない安定な書き込みを行うためには情報“０”、“１”のどちらかに対応する方向への情報書き込み時に、パルス幅を十分に長くする必要がある。これは、メモリの高速動作の観点からは問題となる。さらに特許文献２に記載される磁性体の歳差運動の整数倍とパルス幅を一致させるとするならば、メモリセル内の各素子に対してパルス幅の精密な制御が必要である。しかしながら実際のメモリセルでは、配線容量のばらつきによる遅延やパルス波形のばらつきなどが存在するため、素子間のパルス幅を精度良く制御することは一般に困難である問題が存在していた。このため、誤書き込みのない安定な書き込みを行うことができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，２５６，２２３号明細書
【特許文献２】特開２００９-１５２２５８号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９/０２１３６４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本実施形態は、上記事情を考慮してなされたものであって、単一方向電流を用いて誤書き込みのない安定な書き込みを行うことのできる磁気抵抗効果素子及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態による磁気抵抗効果素子は、磁化が膜面に対して略垂直でかつ可変の第１強磁性層と、磁化が膜面に対して略垂直でかつ不変の第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に設けられる第１非磁性層と、前記第２強磁性層に対して前記第１非磁性層と反対側に設けられ、膜面に略平行な磁化を有し、スピン偏極された電子が注入されることによりマイクロ波磁界を発生する第３強磁性層と、前記第２強磁性層と前記第３強磁性層との間に設けられる第２非磁性層と、を備え、前記第３強磁性層から前記第２強磁性層を介して前記第１強磁性層に向かう方向および前記第１強磁性層から前記第２強磁性層を介して前記第３強磁性層に向かう方向のうちの一方の方向に第１電流を流すことにより前記第３強磁性層から発生する前記第マイクロ波磁界によって前記第１強磁性層の磁化が反転可能であり、前記一方の方向に前記第１電流と異なる電流密度を有する第２電流を流し前記第２強磁性層によってスピン偏極された電子によって前記第１強磁性層の磁化が、前記第１電流を流した場合と異なる方向に反転可能であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）、１（ｂ）は、磁性体の高周波磁界による共鳴現象を示す図。
【図２】磁化垂直成分の周波数数依存性を示すグラフ。
【図３】マイクロ波磁界による共鳴磁界書き込み時の磁化状態のシミュレーション結果を示す図。
【図４】時計周りマイクロ波磁界を印加したときの磁化状態のシミュレーション結果を示す図。
【図５】第１実施形態の磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図６】第１実施形態の磁気抵抗効果素子におけるマイクロ波磁界の印加時の模式図。
【図７】磁気回転層の回転周波数の電流依存性を示す図。
【図８】図８（ａ）、８（ｂ）は、第１実施形態の磁気抵抗効果素子において平行状態から反平行状態への磁化反転を説明する図。
【図９】図９（ａ）、９（ｂ）は、第１実施形態の磁気抵抗効果素子において反平行状態から平行状態への磁化反転を説明する図。
【図１０】図１０（ａ）、１０（ｂ）は、第１実施形態の磁気抵抗効果素子の磁化反転のシミュレーション結果を示す図。
【図１１】図１１（ａ）、１１（ｂ）は第１実施形態の磁気抵抗効果素子の磁化反転のシミュレーション結果を示す図。
【図１２】第２実施形態による磁気抵抗効果素子の断面図。
【図１３】第２実施形態の変形例による磁気抵抗効果素子の断面図。
【図１４】第３実施形態による磁気抵抗効果素子の断面図。
【図１５】第４実施形態による磁気抵抗効果素子の断面図。
【図１６】第４実施形態の変形例による磁気抵抗効果素子の断面図。
【図１７】第５実施形態によるＭＲＡＭを示す回路図。
【図１８】第６実施形態のＭＲＡＭを示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
各実施形態を説明する前に、各実施形態に用いられる共鳴磁界書き込みの原理について説明する。
【００１４】
一実施形態による磁気抵抗効果素子においては、１方向の電流を用いて情報“０”、“１”に対応する方向への磁化反転書き込みを誤書き込みがなく安定に行うために、スピントルク書き込み方式だけでなく、マイクロ波磁界を印加することによる共鳴磁界書き込み方式をも用いる。
【００１５】
一般に、磁性体は異方性エネルギーや飽和磁化に応じて、マイクロ波磁界と共鳴する固有な共鳴周波数を有している。膜面に垂直な方向の磁化（以下、垂直磁化ともいう）を有する磁性体に対して膜面に平行な方向に、共鳴周波数に対応したマイクロ波磁界を作用させると共鳴現象が生じ、垂直磁化は急速に膜面に平行な方向に傾き、歳差運動を始める。なお、膜面とは磁性体の上面を意味する。飽和磁化Ｍｓが８００ｅｍｕ／ｃｃ、異方性エネルギーＫｕが１．０×１０７ｅｒｇ／ｃｃの磁気パラメータをもつとともに垂直磁化を有し、直径３０ｎｍの円板形状の磁気記録層を用意する。この磁気記録層の膜面に平行な方向に回転面を持ち、上方からみたときに反時計周り方向に回転するマイクロ波磁界を上記磁気記録層に印加した場合を考える。この場合における、磁気記録層の膜面に垂直方向の磁化成分をシミュレーション計算した結果を図１（ａ）、１（ｂ）にそれぞれ示す。図１（ａ）、１（ｂ）はそれぞれマイクロ波磁界の回転周波数（以下、単に周波数ともいう。）が３ＧＨｚ、６ＧＨｚで、振幅が同じ２００Ｏｅである場合のシミュレーション計算結果である。図１（ａ）、１（ｂ）のそれぞれにおいて、横軸は磁化を示し、縦軸は磁気記録層における膜面に垂直方向の磁化成分Ｍｚを示す。図１（ａ）、１（ｂ）において、Ｍｚの値が１．０であることは磁気記録層の磁化の向きが上向きである場合を示し、Ｍｚの値が−１．０であることは磁気記録層の磁化の向きが下向きである場合を示す。このシミュレーション計算においては、図１（ａ）に示すように、印加されるマイクロ波磁界の周波数が３ＧＨｚの場合は、磁気記録層の磁化の向きは、マイクロ波磁界が印加される前の初期状態と同じ下向きとなっており、ほとんど磁化の向きは変化しない。これに対して、印加されるマイクロ波磁界の周波数が６ＧＨｚの場合は、磁気記録層の磁化は、明確に共鳴状態となり、磁化が膜面に垂直な方向から平行な方向に傾いていることがわかる。
【００１６】
次に、マイクロ波磁界の周波数を変化させて得られる、膜面に垂直な方向の磁化成分Ｍｚの最小値に関する、マイクロ波磁界の周波数依存性を図２に示す。ここで、膜面に垂直な方向の磁化成分Ｍｚの最小値とは、マイクロ波磁界を印加し、磁化を共鳴状態にし、磁化が最も傾いたときの、膜面に垂直な磁化成分Ｍｚの絶対値を意味する。図１（ａ）、１（ｂ）から、この磁気記録層については、６ＧＨｚ近辺で共鳴現象が生じ、磁化が傾くことが分かる。ここで重要なのは、マイクロ波磁界により膜面に垂直な磁化成分Ｍｚがゼロを横切れば、すなわち、正から負または負から正に変化すれば、磁化の反転を生じさせることができること意味する。
【００１７】
飽和磁化Ｍｓが５００ｅｍｕ／ｃｃ、異方性エネルギーＫｕが２．０×１０６ｅｒｇ／ｃｃの垂直磁化を有する磁気記録層を用意する。そして、この磁気記録層の膜面に平行な方向に回転面を持つマイクロ波磁界を印加した場合の、磁化の時間依存性のシミュレーション結果を図３に示す。このシミュレーションにおいては、マイクロ波磁界を印加する前の磁気記録層の磁化の向きは膜面に略垂直かつ下向きで、マイクロ波磁界は、磁気記録層を上からみたときに反時計方向に回転する回転磁界である。図３は、磁化を膜面に垂直な成分（垂直磁化成分）と、膜面に平行な成分（平行磁化成分）にベクトル分解をして示している。垂直磁化成分をグラフｇ１で示し、平行磁化成分をグラフｇ２で示す。マイクロ波磁界を印加すると、平行磁化成分が明確に歳差運動を開始し、時間と共に垂直磁化成分が傾き、１５００ｐｓｅｃ程度で垂直磁化成分の符号が負から正に変化し、すなわち磁化の方向が下向きから上向きに変化し、磁化の反転が起こったことを示している。以上説明したように垂直磁化を有する磁気記録層に、磁気記録層の磁化に共鳴する周波数（共鳴周波数）をもつマイクロ波磁界を印加すれば磁化の反転を起こすことが示された。
【００１８】
さらに共鳴磁界書き込みにおいて重要な点は磁気記録層の磁化の反転方向と、マイクロ波磁界の回転方向とが１対１に対応することである。図３に示したシミュレーションと同一条件で、マイクロ波磁界の回転方向を時計回りにした場合の磁化の時間依存性をシミュレーション計算した結果を図４に示す。図４からわかるように、回転方向を逆にしただけで垂直磁化成分（グラフｇ１で示す。）は殆ど変化せず、平行磁化成分（グラフｇ２で示す。）が振動していることが明らかになった。以上をまとめると、磁気記録層に対して所定の回転周波数および所定の回転方向を有するマイクロ波磁界を印加すれば、所望の方向に磁気記録層の磁化を反転させることが可能である。
【００１９】
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
第１実施形態による磁気抵抗効果素子を図５に示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、磁化方向が可変の磁気記録層１２と、トンネルバリア層１４と、磁化方向が実質的に固定されている磁気参照層１６と、スペーサ層１８と、磁気回転層２０とがこの順序で積層された積層構造、または逆の順序で積層された積層構造を備えている。
【００２１】
磁気記録層１２は磁化の方向が膜面に略垂直でかつ磁気抵抗効果素子１に電流が通電された場合に通電前後の磁化の向きを可変とすることが可能な強磁性層を有している。磁気参照層１６は、磁化の方向が膜面に略垂直でかつ磁気抵抗効果素子１に電流が通電されても通電前後の磁化の向きは不変となる強磁性層を有している。なお、本実施形態においては、磁気参照層１６の磁化の向きは、図５に示すように下向きとなっている。磁気回転層２０は、磁化の方向が膜面に略平行でかつ磁気抵抗効果素子１に電流が通電された場合に磁化が略平行面内で磁化が回転する強磁性層を有している。
【００２２】
トンネルバリア層１４は電子をトンネルさせ所望の磁気抵抗変化が得られる、例えばＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、またはＨｆのいずれかの元素を含む酸化物もしくは窒化物からなっている。スペーサ層１８はスピン偏極した電子を透過する非磁性層であって、その材料として、例えばＣｕ、Ａｕ、Ｒｕ、またはＡｇのいずれかの元素のみからなる金属、もしくはこれらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。また、例えばＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、またはＨｆのいずれかの元素を含む酸化物もしくは窒化物を用いてもよい。
【００２３】
なお、本実施形態の磁気抵抗効果素子１においては、磁気記録層１２の磁化方向で情報を記録するため、十分大きな垂直磁気異方性をもつ磁性体により形成し、熱擾乱に対する安定性を確保する必要がある。そのため、磁気記録層１２として最適な磁性材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａのうちの少なくとも１つの元素とを含む規則合金もしくは不規則合金であることが望ましい。例えば、磁気記録層１２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄのうち少なくとも１つの元素とを含むＬ１０型結晶構造を有する磁性体で形成されることが好ましい。また、磁気記録層１２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａのうち少なくとも１つの元素とを含む六方晶型結晶構造を有する磁性体で形成されることが好ましい。また、磁気記録層１２としては、希土類金属Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙのうち１つ以上の元素を含む、規則合金もしくは不規則合金で形成されても良い。
【００２４】
本実施形態では、マイクロ波磁界の発生源として磁気回転層２０を用いる。この磁気回転層２０は、スピン偏極された電子が注入されると、磁気回転層２０に注入されたスピン偏極した電子のスピンの向きに左ねじが進むとした場合に左ねじの回転する方向に磁気回転層２０の磁化が回転する。本実施形態において、磁気記録層１２からトンネルバリア層１４、磁気参照層１６、スペーサ層１８を介して磁気回転層２０に書き込み電流を流す場合、すなわち電子を磁気回転層２０からスペーサ層１８、磁気参照層１６、トンネルバリア層１４を介して磁気記録層１２に流す場合を考える。この場合、磁気参照層１６の磁化の向きが下向きとなっているので、磁気回転層２０を通過した電子は、磁気参照層１６によってスピン偏極され、磁気参照層１６の磁化と同じ向きのスピンを有するスピン偏極された電子と、磁気参照層１６の磁化と逆の向きのスピンを有するスピン偏極された電子に分離される。磁気参照層１６の磁化と同じ向きのスピンを有するスピン偏極された電子は、磁気参照層１６を通過する。しかし、磁気参照層１６の磁化と逆の向きのスピンを有するスピン偏極された電子は、磁気参照層１６によって反射され、スペーサ層１８を介して磁気回転層２０に注入され磁気回転層２０の磁化が回転し始める。このときの回転方向は、磁気回転層２０に注入されたスピン偏極した電子の向きは上向きであるので、磁気回転層２０の磁化は磁気回転層２０を上方からみたときに時計方向となる。
【００２５】
本実施形態において、上述の場合と逆方向に電流を流すと、すなわち電子を磁気記録層１２、トンネルバリア層１４、磁気参照層１６、スペーサ層１８を介して磁気回転層２０に流すと、磁気回転層２０に注入されるスピン偏極した電子は、磁気参照層１６の磁化と同じ下向きのスピンを有する。このため、磁気回転層２０の磁化は磁気回転層２０を上方からみたときに反時計方向に回転する。
【００２６】
磁気回転層２０の磁化が回転することによって発生するマイクロ波磁界が磁気記録層１２に印加される様子を図６に示す。磁気回転層２０にスピン偏極した電子を注入した場合の回転周波数ｆｉは、ＬＬＧ(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程式を解くことにより以下の式で表される（例えば、M. Mansuripur, J. Appl. Phys., 63:5809, 1988参照）。
【数１】
0005514059.tif 000002
ここで、γはジャイロ磁気定数、αはダンピング定数、ｈバーはプランク定数ｈを２πで割った値であるディラック定数、ｅは電気素量、Ｍｓは飽和磁化、ｔは磁気回転層の膜厚、Ｊは磁気回転層を流れる電流密度、Ｐは偏極度、Ｈｚは磁気回転層２０に印加される磁界（例えば、磁気参照層からの漏れ磁界）、Ｈｋは磁気回転層２０の異方性磁界を表す。
【００２７】
本実施形態において、上式を用いて求めた、磁気回転層２０に電流を流した際の回転周波数（歳差周波数）の電流密度依存性を図７に示す。ここで、回転周波数は磁気回転層２０を上からみたときに時計方向に回転する場合を正とし反時計方向に回転する場合を負とし、電流密度Ｊは磁気記録層１２からトンネルバリア層１４、磁気参照層１６、およびスペーサ層１８を介して磁気回転層２０に電流を流す方向を正とし逆方向に流す場合を負とする。図７からわかるように、電流密度Ｊ、磁気回転層２０の磁気パラメータ（例えば、飽和磁化Ｍｓまたは偏極度Ｐ）を調節することで磁気回転層２０の回転周波数を調節することができることが分かる。例えば、電流密度Ｊの絶対値を大きくすることで回転周波数の絶対値を上昇させることができ、また電流密度Ｊが一定ならば偏極度Ｐを大きくすることで回転周波数の絶対値を上昇させることができる。ここで重要なのは、所望の電流密度Ｊにおける磁気回転層２０の回転周波数が磁気記録層１２の共鳴周波数と一致すれば、先に述べたように共鳴磁界書き込みを行うことが可能となり、電流密度を変化させて回転周波数を磁気記録層１２の共鳴周波数からずらせば共鳴磁界書き込みが起こらないことである。この性質を利用すれば、本発明の一実施形態の特徴である一方向の電流を用いて、情報“０”、“１”に対応した磁気記録層の磁化方向に反転させることが可能となる。
【００２８】
磁気記録層の共鳴周波数の好適値は熱擾乱指数と共鳴周波数の依存性により求められる。磁気記録層の共鳴周波数は次のKittelの式で表される。
【数２】
0005514059.tif 000003
ここで、ｆは共鳴周波数、Ｋｕは磁気記録層の磁気異方性エネルギー、Ｍｓは磁気記録層の飽和磁化、γはジャイロ定数、Ｋueffは反磁界を考慮した実効磁気異方性エネルギーである。
【００２９】
一方、熱擾乱指数は実効磁気異方性エネルギーＫueffと、磁気抵抗効果素子の体積との積で表される。磁気メモリにおいては、磁気抵抗効果素子のばらつきを考慮して、熱による異常な反転が起こらないように熱擾乱指数を設定する必要があり、熱擾乱指数が３０から１２０であることが好ましい。熱擾乱指数が３０から１２０である場合の、共鳴磁界書き込みが起こるための、磁気記録層の好適な共鳴周波数の範囲は、２ＧＨｚ〜４０ＧＨｚである。
【００３０】
磁気回転層は、回転効率を高めるために、偏極率が大きい面内磁化膜が好ましく、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｂ、Ｓｉ、Ｃのうちの少なくとも１つの元素とを含む磁性体を用いるか、もしくはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素を含む合金（例えば、ＣｏＦｅ、Ｆｅ、ＣｏＦｅＮｉ）などを用いることが好ましい。
【００３１】
磁気参照層は、安定したスピン注入を磁気記録層および磁気回転層に対して行うために、回転効率を高めるために、大きな垂直磁気異方性をもつことが望ましく、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つの元素とを含む垂直磁気異方性を持つ磁性体を用いることが好ましい。また、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｈｏなどの希土類元素の少なくとも１つの元素と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素を含む垂直磁気異方性を持つ磁性体を用いても良い。また、磁気記憶層および磁気回転層に対して、偏極率が大きいことが必要であることから、上に挙げた磁気参照層の磁性体と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素およびＢ、Ｓｉ、Ｃの少なくとも１つの元素を含む磁性体とを積層させた積層構造型の磁気参照層、もしくは上に挙げた磁気参照層の磁性体と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素を含む合金（例えば、ＣｏＦｅ、Ｆｅ、ＣｏＦｅＮｉ）とを積層させた積層構造型の磁気参照層を用いてもよい。
【００３２】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、磁気記録層１２に磁化の反転を起こす２つの異なる書き込み機構をもつことに特徴がある。一つは、磁気記録層１２からトンネルバリア層１４、磁気参照層１６、およびスペーサ層１８を介して磁気回転層２０に書き込み電流を流した時に、磁気参照層１６からのスピン偏極した電子がトンネルバリア層１４を介して磁気記録層１２に注入されることによるスピン注入書き込みである。他の一つは磁気参照層１６によって反射されたスピン偏極した電子がスペーサ層１８を介して磁気回転層２０に注入されることにより、磁気回転層２０から発生するマイクロ波磁界の磁気記録層１２への印加による共鳴磁界書き込みである。この共鳴磁界書き込みは、磁気記録層１２に印加されるマイクロ波磁界の回転方向に左ねじが回転するとした場合に左ねじが進む方向と同じ方向の磁化に書き込まれる。スピン注入書き込みと共鳴磁界書き込みの反転方向が異なりかつそれぞれの書き込み機構における反転電流値が異なるように素子設計を行えば、異なる電流値の一方向の電流を流すことで情報“０”、“１”に対応した磁化方向に反転させることが可能となる。
【００３３】
特に、共鳴磁界書き込みについては、上述したように磁気回転層２０の磁化、偏極度Ｐなどの磁気パラメータを変化させることにより、共鳴磁界書き込みに必要な電流値を自在に変化させることができ、磁化の回転方向については磁気参照層１６の向きを逆にする、もしくは後述する第３実施形態に示すように、磁気回転層２０として反強磁性結合膜(Synthetic Anti-Ferromagnetic Coupling)を用いることで、変えることが可能となる。
【００３４】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１における、磁気参照層１６の磁化方向に対する磁気記録層１２の磁化方向が平行状態から反平行状態への磁化反転する場合を図８（ａ）、８（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）では、磁気記録層１２および磁気参照層１６の磁化方向は平行でかつ下向きとする。この状態で、回転周波数が磁気記録層１２の共鳴周波数と等しい、もしくは共鳴周波数の近傍となるマイクロ磁界を磁気回転層２０が発生する電流密度である第１書き込み電流を磁気記録層１２からトンネルバリア層１４、磁気参照層１６、スペーサ層１８を介して磁気回転層２０に流す。この場合、第１書き込み電流は、磁気参照層１６によってスピン偏極されて磁気参照層１６の磁化と同じ向きのスピンを有する電子が磁気記録層１２に作用することによるスピントランスファトルクを、共鳴磁界によって磁気記録層１２に生じる反転トルクよりも小さくなるような電流値となっている。このため、第１書き込み電流を流しても、スピン注入書き込みは起こらず、共鳴磁界書き込みが生じる。これにより、共鳴磁界書き込みにより、磁気参照層１６の磁化方向に対する磁気記録層１２の磁化方向が平行状態から反平行状態に変化する（図８（ｂ））。すなわち磁化の反転が起こる。
【００３５】
一方、本実施形態の磁気抵抗効果素子１における、磁気参照層１６の磁化方向に対する磁気記録層１２の磁化方向が反平行状態から平行状態への磁化反転する場合を図９（ａ）、９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）では、磁気記録層１２および磁気参照層１６の磁化方向は反平行でかつ磁気記録層１２の磁化方向は上向きとする。この状態で第２書き込み電流を流す。この第２書き込み電流は、この電流によって磁気回転層２０から発生されるマイクロ波磁界の回転周波数が磁気記録層１２の共鳴周波数からずれるように選択される。このため、第２書き込み電流を流しても、共鳴磁界書き込みは起こらない。しかし、第２書き込み電流は、磁気参照層１６によってスピン偏極され磁気参照層１６の磁化と同じ向きのスピンを有するスピン偏極した電子が磁気記録層１２に注入され、これによりスピン注入反転が生じる電流値となっている。このスピン注入反転により、磁気参照層１６の磁化方向に対する磁気記録層１２の磁化方向が反平行状態から平行状態へ変化する（図９（ｂ））。すなわち磁化の反転が起こる。ここで、注意したいのは、磁気回転層２０や磁気記録層１２の磁気パラメータを変化させることで、マイクロ波磁界の周波数や共鳴周波数を変化させることが可能である。
【００３６】
次に、本実施形態の磁気抵抗効果素子１をモデルとし、ＬＬＧシミュレーションによって計算した一方向電流を用いた書き込み結果を図１０（ａ）、１０（ｂ）に示す。図１０（ａ）は電流密度が２ＭＡ／ｃｍ２、図１０（ｂ）は電流密度が４ＭＡ／ｃｍ２のシミュレーション結果をそれぞれ示している。なお、図１０（ａ）、１０（ｂ）のそれぞれの上下における矢印の組は磁気参照層１６と磁気記録層１２の磁化の向きを示す組である。各組において、上の矢印が磁気参照層１６の磁化の向きを示し下の矢印が磁気記録層１２の磁化の向きを示す。図１０（ａ）、１０（ｂ）からわかるように、スピン注入書き込みにより電流密度２ＭＡ／ｃｍ２で反平行状態から平行状態への磁化反転が生じ、共鳴磁界書き込みにより電流密度４ＭＡ／ｃｍ２で平行状態から反平行状態への磁化反転が生じていることが明らかである。なお、図１０（ｂ）においては、書き込みの途中で共鳴磁界書き込みによる反転トルクと、スピン注入書き込みによる反転トルクが互いに逆に働いて、磁気記録層の磁化の向きが揺動するが、段々と共鳴磁界書き込みによる反転トルクの方が勝って共鳴磁界書き込みが行われる。本実施形態の磁気抵抗効果素子１において、一方向の電流の電流密度を変化させることで、情報“０”、“１”に対応した磁化方向に反転させることが可能であることが示された。したがって、パルス幅の精密な制御等が不要となり、誤書き込みのない安定な書き込みを行うことができる。
【００３７】
なお、図１０（ａ）、１０（ｂ）では一例として磁気参照層１６の磁化方向を図面上で下向きとしたが、磁気参照層１６の磁化方向を逆にして上向きとするとともに、磁気抵抗効果素子に流す電流の向きも逆にした場合でも同様の効果を得ることは可能である。
【００３８】
図１０（ａ）、１０（ｂ）では、スピン注入電流書込みに必要な電流が、共鳴磁界書込みと比べて小さい場合のシミュレーション結果を示したが、磁気回転層の磁気パラメータを変更することにより、共鳴磁界書込みに必要な電流を下げることは可能である。（１）式で示したように印加する電流密度に対する磁気回転層の回転周波数は、磁気回転層のジャイロ磁気定数γに比例し、ダンピング定数α、偏極率Ｐ、飽和磁化Ｍｓ、膜厚ｔに逆比例する。したがって、磁気回転層の磁気パラメータを最適化して、スピン注入書込みに必要な電流密度よりも小さい電流で磁気回転層の回転周波数が磁気記録層の共鳴周波数程度に達するようにすることで、共鳴磁界書込みに必要な電流をスピン注入書込みに必要な電流よりも下げることができる。
【００３９】
図１１（ａ）、１１（ｂ）にＬＬＧシミュレーションにより計算した、磁気回転層の磁気パラメータを最適化し共鳴磁界書込みの電流密度が小さい場合の、一方向電流を用いた書込み結果を示す。図１１（ａ）、１１（ｂ）からわかるように、共鳴磁界書込みにより電流密度１．６ＭＡ／ｃｍ２で平行状態から反平行状態への磁化反転が生じ、スピン注入電流書き込みにより電流密度２．５ＭＡ／ｃｍ２で反平行状態から平行状態への磁化反転が生じていることが明らかであり、共鳴磁界書込みに必要な電流密度がスピン注入電流書込みの電流密度よりも小さい場合でも、本実施形態の磁気抵抗効果素子１において、一方向の電流の電流密度を変化させることで、情報“０”、“１”に対応した磁化方向に反転させることが可能であることが示された。スピン注入書込み電流密度よりも共鳴磁界書込みの電流密度が小さい場合のほうが、その反対の場合に比べて磁気抵抗効果素子の書き込み電流を小さくすることができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、単一方向電流を用いて誤書き込みのない安定な書き込みを行うことの可能な磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
一般に、垂直磁化を有する磁性膜（垂直磁化膜）を用いた磁気抵抗効果素子では磁気記録層に磁気参照層からの漏れ磁界が作用し、情報“０”、“１”の安定性が非対称になる。このため、第２実施形態による磁気抵抗効果素子は、磁気参照層からの漏れ磁界の影響を低減するために、磁気参照層の磁化と逆方向の磁化をもつ磁界調整層を設けた構成となっている。この第２実施形態の磁気抵抗効果素子を図１２に示す。この第２実施形態の磁気抵抗効果素子１は、図５に示す第１実施形態の磁気抵抗効果素子において、磁気記録層１２の、トンネルバリア層１４が設けられた側と反対側に非磁性金属層１１を挟んで磁界調整層１０を設けた構成となっている。非磁性金属層１１の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはＲｕのいずれか元素のみからなる金属、またはこれらの元素の少なくとも１つを含む合金が用いられる。
【００４２】
なお、図１３に示す第２実施形態の変形例による磁気抵抗効果素子１のように、図５に示す第１実施形態において、磁気回転層２０の、スペーサ層１８が設けられた側と反対側に非磁性層１１Ａを挟んで磁界調整層１０を設けた構成としてもよい。この変形例における非磁性層１１Ａとしては、スピン偏極電子を透過させない金属もしくはトンネル障壁層でも良い。しかし、この非磁性層１１Ａとしては、スピン偏極電子を透過する非磁性層、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはＲｕのいずれかの元素のみからなる金属、これらの元素のうちの少なくとも１つを含む合金、もしくは例えばＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、またはＨｆのいずれかの元素を含む酸化物もしくは窒化物からなっていることが好ましい。これらの材料を非磁性層１１Ａとして用いることにより、磁化回転層に対するスピン注入量が増加するために、効率的な磁化回転層の回転を起こすことが可能となるからである。
【００４３】
この第２実施形態およびその変形例も第１実施形態と同様に、単一方向電流を用いて誤書き込みのない安定な書き込みを行うことができる。また、第１実施形態に比べて、磁気参照層１６からの漏れ磁界の影響を低減することが可能となり、磁気記録層１２に記録された情報をより安定なものとすることができる。
【００４４】
（第３実施形態）
第３実施形態の磁気抵抗効果素子を図１４に示す。この第３実施形態の磁気抵抗効果素子１は、図５に示す第１実施形態の磁気抵抗効果素子において、磁気回転層２０として反強磁性結合膜２０Ａを用いた構成となっている。この反強磁性結合膜２０Ａは、スペーサ層１８上、強磁性層２０ａ、非磁性層２０ｂ、および強磁性層２０ｃが、この順序で積層された積層構造を有し、強磁性層２０ａと強磁性層２０ｃは、非磁性層２０ｂを介して反強磁性結合をしている。
【００４５】
第１乃至第２実施形態による磁気抵抗効果素子においては、磁気回転層２０として面内磁化を有する磁性膜（面内磁化膜）を用いるため、ボルテックス磁区構造などの複雑な磁区構造が生じる場合がある。磁区構造があると磁気参照層１６からのスピン注入が行われた際の回転が互いに阻害され、回転効率が落ちるため、磁気回転層２０には磁区構造が生じないことが望ましい。一般的に素子サイズを小さくすることにより面内磁化膜は単磁区化して磁区構造が生じない性質がある。さらに、面内磁化膜である磁気回転層において磁区構造を生じさせなくするためには、第３実施形態のように、磁気回転層２０Ａとして反強磁性結合膜を用いればよい。
【００４６】
したがって、第３実施形態の磁気抵抗効果素子１は、磁気回転層２０Ａの回転効率が低下するのを防止することができる。また、第３実施形態の磁気抵抗効果素子１も、第１実施形態と同様に、単一方向電流を用いて誤書き込みのない安定な書き込みを行うことができる。
【００４７】
なお、第３実施形態において、反強磁性結合膜２０Ａの強磁性層２０ａ、２０ｃの膜厚に差をつけることで、磁気回転層２０Ａから磁気記録層１２へ印加されるマイクロ波磁界の回転方向を、単一膜で形成された磁気回転層の場合と逆にすることも可能である。
【００４８】
（第４実施形態）
第４実施形態による磁気抵抗効果素子を図１５に示す。第４実施形態の磁気抵抗効果素子１は、図５に示す第１実施形態の磁気抵抗効果素子において、磁気記録層１２として、垂直磁化膜１２ａに面内磁化膜１２ｂを積層して積層型の磁気記録層１２Ａを用いた構成となっている。
【００４９】
第１乃至第３実施形態の磁気抵抗効果素子においては、磁気記録層の共鳴周波数が、共鳴磁界書き込みに重要なパラメータとなる。磁気記録層の共鳴周波数はKittelの式、すなわち（５）式で表されるように、磁気異方性エネルギーに依存する。したがって、第４実施形態のように磁気記録層として積層型の磁気記録層１２Ａを用いることで共鳴周波数を自由に変化させることができる。このとき面内磁化膜１２ｂは垂直磁気異方性を持たないが、垂直磁化膜１２ａと交換結合することで、磁化方向は図１５に示すように垂直方向を向く。一般的に、垂直磁化膜に面内磁化膜を積層すると全体の磁気異方性エネルギーは低下する。このため、第４実施形態の磁気記録層１２Ａの共鳴周波数が所望の周波数となるようにすることができる。なお、垂直磁化膜１２ａとしては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つの元素と、を含むＬ１０型結晶構造をもつ磁性体を用いるか、または、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つの元素と、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つの元素とを含む六方晶型結晶構造を有する磁性体を用いることが好ましい。これらの場合、面内磁化膜１２ｂとして、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎのうち少なくとも１つの元素を含む合金を用いることができる。
【００５０】
また、図１６に示す変形例の磁気抵抗効果素子１のように垂直磁化膜１２ａと垂直磁化膜１２ｄとの間にＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはＲｕのいずれかの元素を含むスペーサ層１２ｃを設けて反強磁性結合させた垂直型ＳＡＦ結合膜１２Ｂを用いても同様に、第１乃至第３実施形態に比べて共鳴周波数を変化させた磁気記録層１２Ｂを作製することが可能である。
【００５１】
この第４実施形態およびその変形例も、第１実施形態と同様に、単一方向電流を用いて誤書き込みのない安定な書き込みを行うことができる。
【００５２】
なお、第２乃至第４実施形態を適宜組み合わせても、第１実施形態と同様に、単一方向電流を用いて誤書き込みのない安定な書き込みを行うことができる。
【００５３】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態による磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）を図１７に示す。本実施形態のＭＲＡＭは、マトリクス状に配列されたメモリセルＭＣを有するメモリセルアレイ１００を備えている。そして、各メモリセルＭＣは、第１乃至第４実施形態およびその変形例のいずれかもしくは、それぞれ組み合わせた磁気抵抗効果素子１を備えている。
【００５４】
また、メモリセルアレイ１００には、それぞれが列（カラム）方向に延在するように、複数のビット線対ＢＬ、／ＢＬが配置されている。また、メモリセルアレイ１００には、それぞれが行（ロウ）方向に延在するように、複数のワード線ＷＬが配置されている。
【００５５】
ビット線ＢＬとワード線ＷＬとの交差部分には、メモリセルＭＣが配置されている。各メモリセルＭＣは、磁気抵抗効果素子１と選択トランジスタ４０とを有している。磁気抵抗効果素子１の一端は、ビット線ＢＬに接続されている。磁気抵抗効果素子１の他端は、選択トランジスタ４０のドレイン端子に接続されている。選択トランジスタ４０のゲート端子は、ワード線ＷＬに接続されている。選択トランジスタ４０のソース端子は、ビット線／ＢＬに接続されている。
【００５６】
ワード線ＷＬには、ロウデコーダ５０が接続されている。ビット線対ＢＬ、／ＢＬには、書き込み回路および読み出し回路６０が接続されている。書き込み回路および読み出し回路６０には、カラムデコーダ７０が接続されている。各メモリセルＭＣは、ロウデコーダ５０およびカラムデコーダ７０により選択される。
【００５７】
メモリセルＭＣへのデータ書き込みは、以下のように行われる。先ず、データ書き込みを行なうメモリセルＭＣを選択するために、このメモリセルＭＣに接続されたワード線ＷＬが活性化される。これにより、選択トランジスタ４０がオンする。
【００５８】
ここで、磁気抵抗効果素子１には、一方向のみの書き込み電流が供給されればよい。具体的には、磁気抵抗効果素子１に図面上で左から右へ書き込み電流Ｉｗを供給する場合、書き込み回路および読み出し回路６０中の書き込み回路は、ビット線ＢＬに正の電位を印加し、ビット線／ＢＬに接地電位を印加する。このようにして、メモリセルＭＣにデータ“０”或いはデータ“１”を書き込むことができる。
【００５９】
メモリセルＭＣからのデータ読み出しは、以下のように行われる。先ず、メモリセルＭＣが選択される。書き込み回路および読み出し回路６０中の読み出し回路は、磁気抵抗効果素子１に、例えば図面上で右から左へ流れる読み出し電流Ｉｒを供給する。そして、上記読み出し回路は、この読み出し電流Ｉｒに基づいて、磁気抵抗効果素子１の抵抗値を検出する。このようにして、磁気抵抗効果素子１に記憶された情報を読み出すことができる。この第５実施形態のＭＲＡＭでは、双方向に書き込み電流を流すための周辺回路を搭載する必要がなくなるためセル占有率が高い大容量のＭＲＡＭを実現することが容易となる。
【００６０】
（第６実施形態）
第６実施形態によるＭＲＡＭを図１８に示す。第６実施形態のＭＲＡＭは、クロスポイント型のアーキテクチャを有している。すなわち、第６実施形態のＭＲＡＭは、ビット線ＢＬとワード線ＷＬとの間に、第１乃至第４実施形態のいずれかの磁気抵抗効果素子１と、ダイオード８０とを含むメモリセルＭＣを備えた構成となっている。なお、ダイオード８０としては、ＰＮダイオードやショットキーダイオードを用いることができる。また、ダイオード８０の代わりに一方向にのみ電流を流す整流機能を有している整流素子を用いてもよい。なお、図１８においては、ビット線側にダイオード８０を設けたがワード線ＷＬ側に設けてもよい。
【００６１】
第６実施形態においては、一方向にしか電流を流すことができないので、書き込みには、第１実施形態で説明した第１および第２書き込み電流を用い、読み出し電流としては、磁気記録層１２の共鳴周波数からずれた回転周波数を有するマイクロ波磁界を磁気回転層２０が発生する電流値であってかつ磁気記録層１２の磁化方向がスピン注入により反転しない電流値を用いることが好ましい。
【００６２】
この場合は、ロウデコーダおよびカラムデコーダの組み合わせにより、書き込みおよびお読み出しを行うメモリセルを選択することが可能である。この第６実施形態のＭＲＡＭでは、各メモリセルに選択トランジスタを搭載する必要がなくなるため、セル占有率が高い大容量のＭＲＡＭを実現することが可能となる。
【００６３】
なお、第６実施形態のＭＲＡＭは、図１８に示すように下層と上層にそれぞれクロスポイント型アーキテクチャを備えた構成とし、下層および上層のクロスポイント型アーキテクチャにおける同一位置に対応する配線、例えばビット線ＢＬを共有するように配置すれば、積層型のＭＲＡＭを形成することが可能である。また図１８に示す回路構成を単位階層とすれば、原理上、Ｎ回積層して、単位面積あたりの容量をＮ倍させた超大容量メモリを形成することが可能である。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１  磁気抵抗効果素子
１０  磁界調整層
１１  非磁性金属層
１２  磁気記録層
１２Ａ  磁気記録層
１２Ｂ  磁気記録層
１２ａ  垂直磁化膜
１２ｂ  面内磁化膜
１２ｃ  非磁性層
１４  トンネルバリア層
１６  磁気参照層
１８  スペーサ層
２０  磁気回転層
２０Ａ  磁気回転層
２０ａ  強磁性層
２０ｂ  非磁性層
２０ｃ  強磁性層
４０  選択トランジスタ
５０  ロウデコーダ
６０  書き込み回路／読み出し回路
７０  カラムデコーダ
８０  ダイオード
１００  メモリセルアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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